新冠肺炎疫情防控期異地車輛行車智能監控系統設計

王雪婷，趙化啟

（佳木斯大學，黑龍江 佳木斯 154000）

隨著我國社會經濟水平的提高，人們的生活質量也在不斷提高，我國現階段汽車數量也在穩步攀升[1]。由于2019年年底至2020年年初新型冠狀病毒肺炎出現在武漢市并迅速傳遍全國[2]，全國各地啟動了重大突發公共衛生事件一級響應。在抗擊疫情的過程中，武漢在十余日內建造火神山、雷神山醫院，為集中收治和隔離新冠肺炎患者、阻擊疫情蔓延發揮了重大作用。在采取隔離措施的同時限制人員流動，是阻止疫情擴散的有效措施[3]。2020年上半年，新冠肺炎疫情已呈全球蔓延之勢，我國也經歷了新型冠狀病毒的肆虐。為了應對疫情，世界上很多國家都采取了和我國相類似的封城措施，盡量縮小病毒的傳播范圍，各城區對于外來車輛及人員的流動管控已刻不容緩，及時對流動車輛進行監控及跟蹤尤為重要，對異地車輛的智能行車監控系統做分析與研究具有現實意義。

1 關鍵技術

1.1 車牌識別

車牌識別（License Plate Recognition，LPR）通常包括4個步驟：圖像采集、目標檢測、分割和光學字符識別[4]。

第一步，圖像采集。圖像可以從視頻、圖像集合和攝像機中提取出來。通常，在研究領域，圖像收集是由開放數據集提供的。第二步，檢測圖像中的車牌，通常發生在對象檢測步驟中，邊緣檢測是車牌檢測的常用方法。第三步，分割。檢測到車牌后進入分割階段，將區域分割成不同的位置，進行數字和字母的檢測。第四步，將每個分割區域識別為數字和字母來讀取車牌。

LPR主要由兩部分構成：車牌檢測和車牌識別。車牌檢測的任務是從采集的車輛圖像中檢測并提取車牌區域，主要包括車牌定位和車牌矯正。車牌識別的任務是從檢測到的車牌區域中識別出車牌字符，主要包括字符分割和字符識別。

選擇顏色定位法進行車牌定位，利用二值化圖像的感興趣區域計算車牌水平的偏斜角和垂直偏斜角，再將原彩車牌通過剛才計算的角度矯正；最后，對車牌區域進行字符分割，采用改進的LeNet-5深度網絡模型進行車牌字符識別。

1.2 目標檢測跟蹤

該監控系統主要包括檢測模塊與跟蹤模塊，檢測模塊是整個系統的核心所在。目標檢測的含義是計算機的卷積神經網絡進行大量數據的學習，使其能夠在一堆的RGB像素中，比較好地分辨出圖片或視頻中的檢測對象。對多種算法比較后，選出了當前最好的檢測框架之一—YOLOv3。跟蹤模塊采用基于深度學習的目標跟蹤算法ROLO，先用YOLO的檢測算法得到了跟蹤的初始框，然后利用長短時記憶網絡（Long Short-Term Memory，LSTM）進行空間回歸，得到目標所在的位置信息。

在YOLO算法結構中，最明顯的特征就是把輸入的圖像作為一個整體，并將其分割成N×N的網格形式，分別檢測每一區域的概率，再通過加權計算得到整塊區域的概率，不僅提升了檢測速度，還有全局掌控的作用。

2 系統總體設計

2.1 系統思路

在新冠肺炎防控期間，對異地車輛行車智能監控的系統設計從車牌識別、檢測和跟蹤3個模塊著手，對監控視頻進行分析，設計了一套完整的系統用于檢測外來車輛的出入及其軌跡。首先，對數據樣本的選擇與處理、各個模塊的搭建加以分析；其次，對圖像中的物體進行檢測，通過車牌識別模塊判斷車輛歸屬地，對進入本地的外地車輛進行標記；最后，根據檢測結果跟蹤、判斷駕駛車輛人員進入本地區的活動情況，為減少和控制疫情傳播提供幫助。

2.2 系統架構設計

系統硬件由檢測層、傳輸層、應用層3部分組成：（1）檢測層，由視頻監控系統完成，可以捕捉范圍內的多個目標。（2）傳輸層，通過有線傳輸或者無線傳輸。（3）應用層，通過檢測系統達到向車牌識別系統提供數據依據的目標，通過車牌識別系統判斷車輛歸屬地及連接數據庫存儲相關車輛信息，通過車輛跟蹤系統跟蹤異地車輛，查看人員流動情況，減少新冠肺炎擴散。

對異地車輛的行車監控系統的軟件功能主要分為3大模塊：車牌識別模塊、車輛檢測模塊和車輛跟蹤模塊。

（1）檢測模塊，作用是通過使用大量數據訓練完成的檢測模塊，對通過攝像頭撿來的實時監控視頻進行檢測，分析視頻幀中存在幾個目標車輛，以供后續的車牌識別模塊使用。

（2）車牌識別模塊，用來判斷車輛歸屬地信息，根據車牌號與車主相對應的特點在當前情況下對人員流動情況進行有效管理。當車牌屬于本地車輛時則無需進行跟蹤操作，但是需要保存車牌號并由工作人員提醒車主盡量不要出門；當車牌屬于異地車輛時，對該車輛進行標記跟蹤操作，控制人口流動，由工作人員做好登記工作，為后續相關工作人員排查減輕負擔。

（3）跟蹤模塊，根據前層檢測模塊傳送過來的檢測目標框將跟蹤集初始化，之后通過目標跟蹤算法對目標集進行跟蹤，主要作用是對監控視頻中出現的標記車輛進行跟蹤，及時捕獲車輛位置信息。

3 系統功能

3.1 信息采集功能

車輛信息檢測模塊完成車輛本身及車標識別和車身顏色檢測的工作。系統中的車牌識別模塊識別，檢測模塊檢測車輛車牌，并保存識別結果及車輛的車標、顏色等信息，以便后續針對新冠肺炎進行防控操作順利進行。

3.2 報警提示功能

報警提示功能的作用是在檢測到有車輛行駛時，發出警報提示工作人員有車輛經過，不需要工作人員長時間盯著監控裝置，減少工作人員負擔。當確認屬于異地車輛時，可以幫助工作人員進行跟蹤定位等相關操作；當確認屬于本地車輛時，幫助工作人員通過車牌號并及時聯系車主。

3.3 跟蹤定位功能

將檢測出來的異地車輛利用電子地圖可以實時顯示出車輛的實際位置，定位檢測目標車輛的坐標并進行跟蹤，存儲異地車輛的行車坐標軌跡，為存在潛在可能攜帶新冠肺炎病毒的人員跟蹤提供服務。

3.4 軌跡回放功能

回放的作用是當檢查某一輛已經經過本地區的異地車輛的活動情況時，可以通過關聯數據庫查詢該車的車牌號來調取該車的行車軌跡，查看該車輛去過的地方，在新冠肺炎防控下為國家節約人力資源。

3.5 話務警告功能

疫情防控工作人員可以通過車牌號確定并聯系車主，與被跟蹤目標通話，提醒車主在新冠肺炎傳播期間不要隨意走動，以便對人員流動實行管理，同時，通過遠程交流減少工作人員感染概率，以遏制疫情蔓延。

4 結語

此次新冠肺炎疫情是近年來中國乃至世界范圍內少有發生的重大突發公共衛生事件，嚴重危害人們的生命健康?？刂迫丝诹鲃邮窃诓扇「綦x措施之外，阻止疫情擴散的有效措施，需要根據交通監控視頻，針對異地私家車輛流動量進行監控。對異地車輛智能行車監控系統的開發應用在疫情防控期間會極大地減小病毒傳播的風險，及時反饋車輛和人員流動的詳細情況，為疫情防控提供技術支持。該系統在交通體系下將智能車牌識別系統與車輛跟蹤進行結合分析，設計實現對外來車輛的有效跟蹤和監控，提高了對外來車輛管理能力，滿足了信息化條件下對外來車輛的管控需求，對于踐行國家可持續發展，推動智能交通快速高效發展具有重要意義，期待為相關技術領域的發展提供信息支持，為遏制疫情蔓延提供幫助。